OC弱引用容器實現(xiàn)方案總結(jié)

在OC中Foundation框架中的常用容器類（NSSet，NSDictionary，NSArray）及其可變子類在加入元素時，均會對元素進行強引用。有的時候（比如持有多個Delegate對象時），希望有對應(yīng)的弱引用容器使用。

實現(xiàn)思路

根據(jù)加入元素這個操作，很容易發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)方案從容器本身、加入對象這個行為、對象本身三個方向入手。

容器本身支持弱引用對象

1.Foundation框架支持弱引用的容器類

  • NSHashTable-對應(yīng)NSMutebleSet
  • NSMapTable-對應(yīng)NSMutebleDictionary
  • NSPointerArray-對應(yīng)NSMutebleArray

本身都是可變的，沒有不可變父類。其共同點是addObject方法參數(shù)聲明為nullable即不用判斷是否為nil來避免崩潰，且都擁有初始化方法- (instancetype)initWithOptions:(NSPointerFunctionsOptions)options而參數(shù)options代表其所支持的放入對象的指針管理選項。根據(jù)蘋果官方文檔顯示，這些枚舉值被分為三類。

  • Memory Options（內(nèi)存語義管理選項）

    NSPointerFunctionsStrongMemory // 和strong一樣，默認
NSPointerFunctionsOpaqueMemory // 在指針去除時不做任何動作
NSPointerFunctionsMallocMemory // 去除時調(diào)用free() , 加入時calloc()
NSPointerFunctionsMachVirtualMemory //使用可執(zhí)行文件的虛擬內(nèi)存
NSPointerFunctionsWeakMemory //和weak一樣

  • Personaility Options(對象處理選項-如何進行哈希算法，判定等同性，描述)

    NSPointerFunctionsObjectPersonality //使用NSObject的hash、isEqual、description，默認
NSPointerFunctionsOpaquePersonality //使用偏移后指針，進行hash和直接比較等同性
NSPointerFunctionsObjectPointerPersonality //和上一個相同，多了description方法     
NSPointerFunctionsCStringPersonality //使用c字符串的hash和strcmp比較，%s作為decription
NSPointerFunctionsStructPersonality // 使用內(nèi)存的hash和memcmp 
NSPointerFunctionsIntegerPersonality //使用偏移量作為hash和等同性判斷

  • Copy Options（對象拷貝選項）

    NSPointerFunctionsCopyIn//通過NSCopying方法，復(fù)制后存入

另外，文檔還強調(diào)，每種類別的選項互斥，只能每種類別選擇一個。

當然，這三種容器還提供了快捷實例化類方法，含有weakObjects字樣。

其中NSPointerArray稍微和其他兩個有點特殊。

  1. 不支持OC的輕量級泛型（未被聲明為<Object Type>）
  2. 猜測和1有關(guān)，addPointer方法（相當于NSMuteableArray的addObject方法）參數(shù)類型是void*指針，所以需要(__bridge void *）轉(zhuǎn)換

這個方案應(yīng)該是最簡單的了，畢竟是蘋果Foundation框架里封裝的高級對象。但是其缺點是性能相比對應(yīng)強引用容器在性能上有所欠缺，根據(jù)Objc.io文章中的測試結(jié)果，NSHashTable的addObject和NSPointerArray的addPointer性能差距尤其嚴重，使用時需要注意。

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2.用CFFoundation框架里對應(yīng)容器類自定義內(nèi)存管理選項

在初始化時，使用CFFoundation里的容器類實現(xiàn)后轉(zhuǎn)成Foundation對象

以NSMutableSet為例，可以增加一個新的分類，自定義一個實例化方法

+ (instancetype)cdz_weakSet{
    CFSetCallBacks callbacks = {0, NULL, NULL, CFCopyDescription, CFEqual,CFHash};
    return (NSMutableSet *)CFBridgingRelease(CFSetCreateMutable(0, 0, &callbacks));
}

建立容器類的步驟

  1. 生成CallBacks結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體中的對象其實就是一些描述容器的選項

    同樣以CFSetCallBacks為例，其結(jié)構(gòu)體定義如下

    typedef struct {
    CFIndex              version;
    CFSetRetainCallBack          retain;
    CFSetReleaseCallBack     release;
    CFSetCopyDescriptionCallBack copyDescription;
    CFSetEqualCallBack           equal;
    CFSetHashCallBack            hash;
} CFSetCallBacks;

    version暫時不管它，看下剩下變量類型名字，是否感覺比較熟悉

    其實和之前NSPointerFunctionsOptions類似，還是分三種，retain和release是內(nèi)存管理，equal和hash和是對象處理，copyDescription是復(fù)制處理。

    所以我們就需要改變retain和release就好。類型是xxxCallBack那么說明應(yīng)該這個類型是一個block，而去當這些操作執(zhí)行執(zhí)行對應(yīng)的block。文檔對retain和release這兩個block的描述也是這樣說的。那么如果要實現(xiàn)引用計數(shù)增減，就應(yīng)該在這兩個block里實現(xiàn)，所以我猜測Foundation框架里的容器類retain，應(yīng)該就在這個兩個block里實現(xiàn)。那么我們只需要block值為NULL，在retain和release操作里，就不會引用計數(shù)的變化，從而不持有對象。

  2. 使用CreatMutable生成可變?nèi)萜?br> 這時傳入之前的自定義callBacks，也可以傳入capacity之類的（默認為0就好），轉(zhuǎn)換為Foundation對象

之后我們只要有這個實例化方法生成的容器類，其它就和正常使用一樣了。

3. 在對象銷毀時移除出容器或置nil

如果不這么做，在對象銷毀后容器里的元素會變成野指針引發(fā)Crash。詳見再談OC弱引用容器的實現(xiàn)-關(guān)聯(lián)對象實現(xiàn)weak補充說明。

加入容器時不引用

方式很簡單，在addObject后調(diào)用一次release減少引用技術(shù)。

release方法有兩種

  1. 將分類.m文件將編譯選項切換為MRC（在Build Phases中的Compile Sources中加入編譯標記-fno-objc-arc），直接使用[object release]
  2. 在ARC中，使用CFFoundation的release方法CFRelease

例子中使用第二種，在分類中新增一個方法

- (void)mrc_weakAddObject:(NSObject *)object{
    [self addObject:object];
    CFRelease((__bridge CFTypeRef)(object));
}

注意??！

在使用這種方法后，這個容器將變得極其不安全，必須搭配一整套API來操作容器，包括add/remove/objectOfxxx，而不搭配使用的話，將可能將引用計數(shù)變得混亂，甚至導(dǎo)致崩潰。

而最起碼的，在容器會被銷毀時，需要搭配一個特殊的removeAllObjects去將引用計數(shù)進行修正。否則因為在addObject時沒有增加引用計數(shù)，則在容器銷毀時，容器內(nèi)部的對象的引用計數(shù)已經(jīng)將至0，對象被銷毀（而不是置nil），內(nèi)存被回收（標記為可用）。此時當容器在銷毀時，會遍歷容器里所有對象并對他們發(fā)送release消息，代表不再持有該對象（引用計數(shù)減1），會向一個已被銷毀的對象發(fā)送消息，導(dǎo)致崩潰。

這也是MRC時代遇見比較多的過度釋放（over release）問題。

可以在Xcode開啟NSZombie（釋放時轉(zhuǎn)變?yōu)镹SZombie并記錄收到的消息）或Address Sanitizer（XCode 7以上）調(diào)試選項進行追蹤過渡釋放。

同時，同CoreFoundation方法一樣，需要在對象摧毀時移除出容器或置nil。詳見再談OC弱引用容器的實現(xiàn)-關(guān)聯(lián)對象實現(xiàn)weak補充說明。

筆者不推薦這種方式實現(xiàn)，因為在使用時必須十分小心，而團隊維護也容易不小心和系統(tǒng)Api混合使用

使對象變得可被弱引用

思路就是用一個別的對象A持有這個原來元素的弱引用，在容器類存入對象A。拋磚引玉，提供兩種方法

1.使用NSValue

使用NSValue的valueWithNonretainedObject轉(zhuǎn)化為NSValue對象存入容器。

這個方法會弱引用這個object。

取的時候用value的nonretainedObjectValue屬性

NSValue *weakObject = [NSValue valueWithNonretainedObject:object];
weakObject.nonretainedObjectValue;

2.使用block

先對object加上weak修飾符，在包在block中就可

使用時可搭配以下簡便方法

typedef id(^CDZWeakObjectBlock)();
CDZWeakObjectBlock blockOfObjcet (id object) {
    __weak id weakObjcet = object;
    return ^{
        return weakObjcet;
    };
}

id objectOfBlock (CDZWeakObjectBlock block) {
    if (block) {
        return block();
    }
    else {
        return nil;
    }
}

當然也可以實現(xiàn)自定義對象進行持有，而缺點就是，沒辦法使用容器的泛型進行約束和警告，差異值被抹去了。

最終方案

自己實現(xiàn)一個容器類，哈哈

這里提供自己淺顯的思路，參考系統(tǒng)API，容器類關(guān)心下面這幾個點

  • 容器里對象的內(nèi)存管理
  • Hash算法，等同性算法，描述
  • 可拷貝
  • 對象類型，泛型支持

總結(jié)

Foundation中的弱引用容器類NSHashTable/NSMaptable/NSPointerArray
  • 使用簡單，功能強大，高層級封裝
  • 性能有差距
CFFoundation實現(xiàn)容器
  • 實現(xiàn)稍復(fù)雜
  • 沒有感覺有什么特別大缺點，使用方便需要耦合分類算一個吧
操作容器時實現(xiàn)引用計數(shù)修正
  • 使用簡單
  • 實現(xiàn)繁瑣（幾乎都要實現(xiàn)對應(yīng)的），需要了解MRC，注意管理引用計數(shù)，和系統(tǒng)API混用時容易出問題
使用新對象持有弱引用對象
  • 低耦合，按需選擇
  • 失去容器類泛型修飾

最后

所有方案的代碼可在Demo中找到

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